1 / 48

Sous la direction de Michel CREPON (LODYC-LOCEAN) et Michel DEQUE (CNRM)

Modélisation climatique du bassin méditerranéen : variabilité et scénarios de changement climatique. Thèse présentée par Samuel Somot. Sous la direction de Michel CREPON (LODYC-LOCEAN) et Michel DEQUE (CNRM). La mer Méditerranée. Caractéristiques géographiques. Méd. Ouest. Méd. Est.

gypsy
Download Presentation

Sous la direction de Michel CREPON (LODYC-LOCEAN) et Michel DEQUE (CNRM)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Modélisation climatique du bassin méditerranéen :variabilité et scénarios de changement climatique Thèse présentée par Samuel Somot Sous la direction de Michel CREPON (LODYC-LOCEAN) et Michel DEQUE (CNRM)

  2. La mer Méditerranée Caractéristiques géographiques Méd. Ouest Méd. Est Mer Adriatique Golfe du Lion Océan Atlantique Mer Tyrrhénienne Mer Egée Bassin Ionien Mer d’Alboran Bassin Levantin

  3. La mer Méditerranée Sous l’influence de nombreux processus climatiques … régionaux • Reliefs nombreux et complexes • Vents régionaux (Mistral, Tramontane, Bora, Etésiens, Sirocco) • Dépressions méditerranéennes • Contraste terre-mer … et globaux • Influence NAO • Interaction mousson indienne, africaine • Jet subtropical, jet stream • Dépressions atlantiques • Cellule de Hadley Bolle, 2003

  4. La mer Méditerranée Fonctionnement thermodynamique de la Méditerranée Fchaleur = - 7 W/m2 Feau = - 1 m/an Détroit de Gibraltar (1 Sv) Eau atlantique eau chaude et peu salée Eau méditerranéenne eau froide et salée thermocline Mer Méditerranée

  5. EMDW LIW WMDW AW Circulation ThermoHaline de la Méditerranée : MTHC Wüst, 1961

  6. Rixen et al. 2005 Méditerranée, 1950-2000 0-150m 1972 (H = 800m) 150-600m 600-fond 0-fond 1987 (H = 2200m) Température Salinité Variabilité interannuelle et tendances de la MTHC Mertens & Schott 1998 Golfe du Lion, convection Température Salinité

  7. DJF JJA MED Changement climatique (IPCC, 2001) IPCC, 2001

  8. DJF JJA MED Changement climatique (IPCC, 2001) IPCC, 2001

  9. Problématique scientifique Modélisation climatique du bassin méditerranéen convection océanique profonde et circulation thermohaline cyclogénèse et dépressions en Méditerranée

  10. Problématique scientifique Modélisation climatique du bassin méditerranéen • Peut-on représenter la convection profonde et la circulation thermohaline en Méditerranée ? • Peut-on analyser et comprendre leur variabilité interannuelle ? • Peut-on simuler leur évolution sous l’impact du réchauffement climatique (XXIème siècle) ? convection océanique profonde et circulation thermohaline cyclogénèse et dépressions en Méditerranée

  11. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  12. ARPEGE-Climat 1960-1999 OM8-ARP 1960-1999 Modèle de Méditerranée • OPAMED8 • Résolution :x ~ 1/8° ~ 10 km • 43 niveaux verticaux • Atlantique : relaxation 3D pour S et T • Forçages • Flux quotidiens : flux d’eau, flux de chaleur et tension de vent • Rappel SST ( = -40 W.m-2.K-1, SST observées) • Données : ARPEGE-Climat (modèle de climat régional, 50 km) • Fleuves, Mer Noire (climatologies mensuelles) • Pas de rappel en sel • Initialisation et simulation • C.I. : MedAtlas-II • 20 ans de spin-up • OM8-ARP : 40 ans • 1960-1999 : années des SST imposées à ARPEGE-Climat 1960 1970 1980 1990 2000

  13. ARPEGE-Climat ARPEGE-Climat : 50 km ERA40 : 125 km

  14. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  15. courant à 34 m de profondeur Hamad et al. 2002 Millot, 1987 Validation : circulation de surface OM8-ARP 1961-1999

  16. Mer Adriatique Mer Egée OM8-ARP : 460 m (février) Clim : 380 m (février) OM8-ARP : 380 m (février) Clim : 260 m (janvier) Golfe du Lion Bassin Levantin OM8-ARP : 1040 m (février) Clim : 960 m (mars) OM8-ARP : 360 m (février) Clim : 360 m (janvier) Climatologie de D’Ortenzio et al. 2005 (résolution 1.5°) Validation climatique Profondeur de la couche de mélange OM8-ARP février, 1961-1999 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

  17. AW LIW 1.5 Sv 1.2 Sv -0.8 Sv EMDW ADW 0.45 Sv EMDW Détroit d’Otrante 0.85 Sv Validation climatique Circulation thermohaline : Fonction de courant verticale Détroit de Gibraltar Détroit de Sicile Moyen-Orient Très bonne comparaison à Myers et Haines 2002

  18. In-situ MS98 modèle 1D MS98 Source des données OM8-ARP 84% 75% 70% Validation climatique Variabilité interannuelle de la profondeur maximale de la couche de mélange (Golfe du Lion) Hcmo > 1000m Autres études numériques : Castellari et al. 2000 : 33% (bulk) Béranger et al. 2005 : 33% (ECMWF) Béranger et al. 2005 : 0% (ERA40) Somot 2005 : 0% (ERA40)

  19. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  20. Variabilité interannuelle de la convection profonde Golfe du Lion, formation de la WMDW Flux de surface (hiver) NAO (hiver) Convection profonde Circulation thermohaline du bassin Ouest stratification (novembre)

  21. Convection profonde Volume d’eau profonde taux de formation / max. de la Hcmo • Volume d’eau profonde, WMDW :   29.08 kg.m-3 • Calcul du taux de formation annuel : 0.5 Sv ( = 0.5 Sv) • (Castellari et al. 2000, Myers et Haines 2002 : 0.2 Sv) • Corrélation significative avec la profondeur maximale de la couche de mélange (C = 0.61)

  22. Circulation thermohaline de la Méditerranée Ouest La variabilité interannuelle de la convection profonde pilote celle de la circulation thermohaline (Crépon et Barnier, 1989) Taux de formation Max. de la fonction de courant (40°N, MOF) : 0.67 Courant Liguro-Provençal (mars) : 0.60

  23. Perte de chaleur (W/m2) 0.997 Perte de flottabilité / Hcmo : C = 0.63 • la perte de flottabilité cumulée sur l’hiver est positivement corrélée à la profondeur maximale de la couche de mélange Flux en hiver Perte d’eau (mm/j) 0.86 Tension de vent (N/m2) 0.84 Perte de flottabilité (DJF, m2/s2)

  24. Téléconnexions (hiver) corr = -0.40 corr = -0.55 corr = -0.51 Tension de vent perte de chaleur indice NAO indice NAO • Les hivers NAO- entraînent des flux importants • Confirmation de la littérature (Vignudelli et al 1999, Rixen et al 2005) • El-Niño n’est pas corrélé avec les flux hivernaux dans le Golfe du Lion

  25. Variabilité interannuelle NAO (hiver) anti-corrélation Flux de surface (hiver) corrélation Convection profonde WMTHC

  26. Stratification C = -0.43 Flottabilité C = 0.63 Stratification pré-hivernale IS : intégrale de stratification pré-hivernale (novembre) calculée pour les 1000 premiers mètres de l’océan (Golfe du Lion) IS est équivalent à la quantité de flottabilité qu’il faut retirer à la colonne d’eau pour obtenir une convection à 1000 m de profondeur (m2/s2) • Stratification (IS) et Flottabilité (B) • variables indépendantes • variabilités équivalentes ( = 0.16 et 0.17 m2/s2) • IS et B expliquent 60% de la variance de la profondeur maximale de la couche de mélange

  27. Variabilité interannuelle NAO (hiver) anti-corrélation Flux de surface (hiver) corrélation Stratification (novembre) Convection profonde anti-corrélation WMTHC

  28. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  29. Méthodologie 1960 1980 2000 2070 2099 temps 1960 1980 2000 2070 2099 • Scénario IPCC-A2 • Simulation transitoire : 1960-2099 • Simulation de contrôle : même durée • flux air-mer : ARPEGE-Climat zoomé (scénario A2) • fleuves, mer Noire : anomalies ARPEGE-Climat zoomé • Atlantique, rappel en SST : anomalies issues d’un AOGCM Scénario A2 ARPEGE + obs ARPEGE + obs + ano SCENARIO CONTRÔLE On répète les années1960-1980 : ARPEGE + obs

  30. Flux de chaleur (W.m-2) • Flux de chaleur (2070-2099) • CTRL : perte de 6.2 W/m2 • SCEN : perte de 1.8 W/m2 Evolution des forçages Eva-Pre-Rui (mm/j) SCEN CTRL • E-P-R (2070-2099) • CTRL : perte de 0.7 m/an • SCEN : perte de 0.9 m/an

  31. Température de surface CTRL 1970-1999 CTRL 2070-2099 SCEN A2 2070-2099 Moyenne sur 2070-2099 SCEN - CTRL : +2.5°C Spatialement homogène (lié au terme de rappel en SST)

  32. Salinité de surface CTRL 1970-1999 CTRL 2070-2099 SCEN - CTRL Moy. sur 2070-2099 Méditerranée : +0.33 psu Bassin Ouest : +0.23 psu Mer Adriatique : +0.61 psuMer Egée : +0.70 psu SCEN A2 2070-2099

  33. Diminution de l’intensité de la convection hivernale (effet SST > effet SSS) Diminution modulée par l’impact sur le débit des fleuves Profondeur de couche de mélange en hiver CTRL 1970-1999 CTRL 2070-2099 SCEN A2 2070-2099

  34. Circulation thermohaline 1.5 Sv 1.3 Sv -0.2 Sv -0.5 Sv Contrôle Scénario • MTHC : moins intense et peu profonde • Absence de ventilation sous 1000 m Fonction de courant verticale Détroit de Gibraltar Détroit de Sicile Somot et al. 2006, Climate Dynamics

  35. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  36. Intérêt du couplage océan-atmosphère régional • Les limites de l’approche océanique « forcée » dans le cadre d’un scénario de changement climatique • Absence de rétroaction SST / atmosphère • Contraintes liées au rappel en SST • données provenant d’un AOGCM (basse résolution) • homogénéité spatiale de la réponse en SST : +2.5°C • Apports d’un couplage interactif : • Mieux représenter les rétroactions océan-atmosphère • Supprimer le terme de rappel en SST

  37. Développement d’un AORCM CAM 1960-1998 ARPEGE-Climat 1960-1999 OM8-ARP 1960-1999 ARPEGE-Climat 1960 1970 1980 1990 2000 OPAMED8 SST SST • SAMM: “Sea-Atmosphere Mediterranean Model” • Principe : • Couplage sur la mer Méditerranée • Pas de rappel ni de correction en surface • En dehors de la Méditerranée : SST imposées • Flux échangés quotidiennement • flux d’eau, flux de chaleur, tension de vent, SST

  38. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  39. Validation : couplé vs forcé Flux océan-atmosphère à l’échelle du bassin moyenne annuelle (écart-type) Rappel en SST Sans rappel • Accord avec les observations sans aucun rappel • Variabilité interannuelle plus faible • Résultats identiques • tension de vent, rotationnel • différents sous-bassins

  40. Validation : couplé vs forcé Convection et circulation thermohaline à l’échelle du bassin 1.5 Sv OM8-ARP -0.8 Sv OM8-ARP 1.4 Sv CAM -0.5 Sv CAM Le modèle couplé simule une MTHC réaliste et moins intense que le modèle forcé

  41. Variabilité : couplé vs forcé 0.5 (0.5) Sv CAM OM8-ARP 0.1 (0.2) Sv 1000 m Prof. max. Hcmo taux de formation Le modèle couplé simule une convection profonde et une WMTHC significativement moins intense et moins variable Convection dans le golfe du Lion

  42. Variabilité : couplé vs forcé Convection dans le golfe du Lion : Relation flux de flottabilité, stratification, convection profonde CAM OM8-ARP - Le modèle couplé se comporte comme le modèle forcé - IS et B expliquent 60% de la variance de Hcmo

  43. Variabilité : couplé vs forcé Flux de surface (hiver) corrélation Stratification (novembre) Convection profonde anti-corrélation WMTHC

  44. Variabilité : couplé vs forcé Convection dans le golfe du Lion : Rétroaction « stratification – convection » stratification - hiver H+1 CAM : -0.47 convection - hiver H La convection de l’hiver est anti-corrélée avec la stratification de l’hiver suivant

  45. Variabilité : couplé vs forcé RETROACTION NEGATIVE SST Méd. Flux de surface (hiver) Stratification (novembre) Convection profonde RETROACTION POSITIVE Flux de surface (hiver) corrélation Stratification (novembre) Convection profonde anti-corrélation WMTHC Hiver H Hiver H+1

  46. Plan de la présentation • Introduction • Etude de la convection profonde et de la circulation thermohaline (MTHC) avec un modèle océanique forcé • Présentation du modèle • Validation en moyenne • Variabilité interannuelle (Méd. Ouest) • Impact du réchauffement climatique • Etude avec un modèle régional couplé océan-atmosphère • Intérêt du couplage et présentation du modèle • Différences modèle couplé / modèle forcé • Conclusions et perspectives

  47. Conclusions • MTHC réaliste et stable • Biais froid • Couplage régional : MTHC moins intense • Outils numériques adaptés • Meilleures quantification et compréhension • Problème de validation • Couplage régional : MTHC moins variable • Un premier scénario • Des incertitudes • Couplage régional : mise en place du modèle couplé régional • Représenter la circulation thermohaline en Méditerranée • Analyser et comprendre sa variabilité interannuelle • Simuler l’impact du réchauffement climatique

  48. Perspectives • Représenter la circulation thermohaline en Méditerranée • Analyser et comprendre sa variabilité interannuelle • Simuler l’impact du réchauffement climatique • Améliorations des modèles • ARPEGE-Climat version 4 et NEMO • Calcul des flux air-mer • Tests de sensibilité pour valider les rétroactions • Analyse des autres zones de convection profonde • Plus de données • Modèles régionaux pilotés par ERA40 • Evaluer les incertitudes • Impact sur la biogéochimie en Méditerranée • Impact sur l’Atlantique • Scénario en mode couplé régional : actuellement au 21 juillet 2028

More Related